Oct. 10, 2014 / Por Euan Quigley*
Un poco muerto.
Hay algunos trabajos de impresión 3D que requieren un enfoque en la resistencia de la pieza. Hemos tenido algunos proyectos en nuestro tiempo que nos han llevado a probar algunas técnicas de refuerzo diferentes para garantizar que una pieza sobrevivirá cuando se caiga repetidamente o que resistirá las condiciones de carga en las que planea colocarla. Este estudio parece mostrar que hay muy poca diferencia en la resistencia entre las costosas máquinas de impresión 3D comerciales y las máquinas de escritorio de bajo costo. Todo lo que necesita es un poco de tiempo dedicado a pensar y ajustar la configuración.
Este artículo es una especie de lista de verificación que he elaborado que está realmente más adaptada para impresoras 3D de escritorio FDM (o FFF). Mientras que las secciones 1 y 2 tratan de los pasos que puedes seguir inmediatamente, las secciones 3 y 4 requieren un poco más de preparación y reflexión.
1.0 Geometría del Modelo
Las superficies se pueden desplazar y luego espesar para dar secciones delgadas más fuertes
1.1 Espesar su modelo
Comenzando con la técnica más obvia, la geometría delgada generalmente produce partes débiles. Esto no se ve ayudado por el hecho de que las impresoras FDM de escritorio tienen dificultades para lograr una calidad decente con partes delgadas de una impresión (p. ej. separación de capas, deformación y choque de toberas). Piense en si es posible o no espesar la geometría del modelo allí. A veces no será posible cambiar la geometría en 1 o 2 planos, pero el tercer plano permite algún material agregado.
1.2 Escalarlo
Tal vez esto también sea muy obvio, pero escalar la pieza tiene el mismo efecto que espesar toda la geometría al mismo tiempo. Tenga cuidado de pensar si esto tendrá o no consecuencias para cualquier parte de acoplamiento o cualquier elemento funcional del diseño.
Los filetes deben añadirse a las bases de secciones finas
1.3 Transiciones suaves con filetes/redondos & agregar costillas a las paredes
Durante la impresión, es posible que las boquillas eliminen partes delgadas de la impresión, causando el desplazamiento de la capa actual. Esto hace que las piezas delgadas se tambaleen aún más. Use filetes, chaflanes o mezclas para permitir una especie de entrada a una sección delgada, proporcionando una base más sólida para la sección más delgada.
2.0 Mira la Configuración de Impresión
Fuente: Ojos rojos bajo demanda
2.1 Orientación de impresión
¿Tiene que imprimirlo de pie? Las piezas son más fuertes en los ejes X e Y, ya que la resistencia del eje Z depende mucho de las propiedades de la capa. A veces, la mejor orientación para la impresión es inclinada en diagonal, ya que las capas generalmente no son perpendiculares a la dirección de los puntos de carga o caras.
2.2 Altura de capa
Al imprimir en alturas de capa más pequeñas, el plástico se aplasta más, creando más área de superficie en el plano X/Y. Cuando la siguiente capa no está directamente en la parte superior, una capa más aplastada con una superficie más alta tendrá un área de contacto más alta con el material. Un área de contacto más alta significa una mayor adhesión de la capa, y la pieza es menos propensa a fallar bajo carga de tracción en el eje z. Esto significa que una resolución de 100 micras tendrá enlaces entre capas más fuertes que la misma impresión con un grosor de capa de 300 micras.
2.3 Relleno % y Tipo
Esta es otra obvia, pero a veces evade mi patrón de pensamiento al principio. Cambiar el porcentaje de relleno, el tipo de relleno y ocasionalmente el ángulo puede ayudar a fortalecer la parte impresa en 3D. Hemos leído un poco sobre cómo no tiene sentido imprimir nada con más de 60-70% de relleno, sin embargo, tenemos un cliente que necesita piezas hechas al 100% de relleno, ya que el 75% no es lo suficientemente fuerte. Una cosa a tener en cuenta es que cualquier ajuste de relleno por encima del 75% probablemente impactará en la superficie exterior de la pieza.
2,4 Perímetros / Conchas o grosor de la cáscara
Después del relleno, otra opción de refuerzo es aumentar el número de conchas o perímetros en los ajustes de corte. Hemos encontrado que 2 o 3 proyectiles suelen ser suficientes, pero algunas aplicaciones donde las cargas son altas o extremadamente localizadas, pueden requerir 4.
2.5 Material
Aunque preferimos imprimir en ABS el 95% del tiempo, hay algunas opciones para materiales en impresoras 3D de escritorio, cada una con diferentes propiedades de resistencia. Mientras que el ABS es un plástico fuerte y flexible, el PLA es duro pero rígido. A veces, un material flexible será más fuerte o más resistente a los golpes, pero cuando se requiere rigidez geométrica, el PLA será mejor. Recuerde que aunque el PLA es duro, es relativamente frágil. Cuando se requiere durabilidad adicional, es posible imprimir en nylon. Taulman 618 es un excelente filamento de nylon para impresoras FDM, aunque generalmente se requiere un poco de configuración adicional de la máquina.
3,0 Postratamiento
3.1 Resina epoxi o poliéster
Algo que hemos visto recientemente es el revestimiento de resina. Para fines en los que se necesita una geometría extremadamente precisa y se deben conservar los bordes afilados, esta técnica no será adecuada para usted. Hay muchos tipos diferentes de resina epoxi de 2 partes o resina de poliéster, cada uno con diferentes propiedades de material y propiedades de curado. Además, habrá una gama de viscosidades disponibles. No use pegamento epoxi de 2 partes. No funcionará muy bien y producirá un acabado muy grumoso.
Utilizamos resina de colada transparente de poliéster, ya que es lo suficientemente delgada como para untarse en todas las piezas intrincadas antes de que comience a curarse. La resina comienza a curarse unos 5 minutos después de mezclarse y tarda unas 24 horas en secarse. También es posible utilizar virutas de fibra de vidrio en la mezcla de resina para una mayor resistencia, aunque esto puede afectar al acabado de la superficie. Las imágenes a continuación muestran la diferencia en la pieza (ambas partes fueron pintadas para un efecto de metal).
Antes del revestimiento de resina de poliéster
Después del revestimiento de resina de poliéster
Después del revestimiento de resina, probamos dos del mismo modelo impresos en la misma impresora con los mismos ajustes y material. La única diferencia razonable era el revestimiento de resina. La parte recubierta de resina sobrevivió sin roturas, mientras que la parte no tratada perdió 5 o 6 secciones diferentes. Vamos a seguir usando esta técnica como nuestro método de fortalecimiento.
Fuente: Easy Composites UK
3.2 Laminación de fibra de carbono/vidrio
Algunas piezas pueden ser adecuadas para la laminación de fibra de carbono/vidrio. Esto no es realmente adecuado para piezas complejas, ya que la superficie de la pieza debe estar completamente envuelta en la malla de fibra; es particularmente adecuada para piezas sin agujeros o huecos. Una vez que la pieza está envuelta en la malla de fibra, se aplica una capa de resina epoxi o poliéster sobre la malla para solidificarla en su lugar. Tenga en cuenta que esto agregará un poco de grosor extra a la pieza.
3.3 Tratamiento térmico
Aunque no hemos probado este método, hemos escuchado varios informes de que colocar la pieza en un horno o usar una pistola de calor/soplete para volver a fundir la superficie exterior del plástico crea una unión entre capas más fuerte. Esto suena como un método muy peligroso, ya que corre el riesgo de derretir la pieza por completo o distorsionar/deformar ciertas características. Si va a probar esto, comience a una temperatura más baja(y si usa una pistola de calor, más lejos de la pieza y luego acérquese gradualmente).
4.0 Moldearlo (O Moldearlo, si es estadounidense)
Jeshua de 3DTOPO demuestra su método de fundición de «PLA perdido»
4.1 Piezas de fundición de yeso
Imprimir su modelo en ABS o PLA le permite moldear. La fundición de inversión (cera perdida) es posible. Para hacer esto, imprima su pieza tal como está, luego colóquela en yeso de París. A continuación, puede eliminar la impresión de plástico original calentando el molde de yeso en un horno a más de 230 ° C. A continuación, puede verter metal fundido o plástico en la cavidad del molde y dejar que se asiente. Para quitar a la pieza fundida final, el molde se destruye con un martillo y el exceso de yeso se lava. Algo a tener en cuenta al experimentar con este método es que habrá un poco de contracción de la pieza, por lo que deberá escalar el patrón de molde en un 2-3%.
Fuente: Association of Rotation Moulders Australasia Inc
4.2 Piezas de moldeo rotativo
Una alternativa a las piezas de fundición, se puede utilizar un molde de yeso o silicona para el moldeo rotativo. La ventaja de resistencia del uso de rotomoldeo para crear piezas huecas radica en la falta de capas de construcción y una sola estructura cristalina para toda la pieza, ya que se enfría como una sola.
Al verter plástico/metal fundido en la cavidad del molde, cerrar el molde y girarlo continuamente en 2 ejes, se puede lograr una parte hueca. Hay numerosas máquinas de rotomoldeo pequeñas y de sobremesa disponibles para comprar, o puede construir la suya propia. El tipo más común de rotomoldeadora de sobremesa consiste en un eje X giratorio horizontal central al que se monta un marco que gira en el eje Y o Z (gira entre ellos de acuerdo con el eje X). Por lo general, funcionan con un solo motor que controla ambos ejes a través de un sistema de engranajes o poleas. Cada forma de molde diferente tomará un poco de experimentación con la velocidad de rotación para garantizar que el plástico fundido se extienda por todas las superficies.
Fuente: Estudio primero
*Euan Quigley es Ingeniero de Diseño de Productos & Director de ST3P 3D Print & Design, una empresa con sede en Glasgow, Escocia, que ofrece servicios de diseño de productos y servicios de impresión 3D.
Publicado en Tecnología de Impresión 3D
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Rob escribió el 22/8/2018 4:58: 21 PM:
Ahora sé que es un tema muerto, pero estoy de acuerdo con Brian
Gregg Eshelman escribió el 21/8/2017 12:15: 00 AM:
Imprimí varias perillas para un automóvil clásico en PLA. Las llené con resina de uretano. Los interiores de las perillas huecas se hicieron con nervaduras diseñadas para que la resina fluyera alrededor para garantizar una unión mecánica sólida.Para hacer orificios piloto perfectamente centrados para taladrar para el montaje, hice soportes a presión para suspender brocas, extremo de vástago hacia abajo en el relleno de resina y un perno roscado de 3/8-16 en la perilla de cambio.La resina se curó bajo presión durante 24 horas, luego se retiraron las brocas y el perno, seguido de un curado posterior de las perillas durante 8 horas en calor de convección de 145F.Primero se realizó una prueba, sin relleno de resina. No se observó deformación o contracción del PLA a esa temperatura y duración, por lo que las perillas deben estar perfectamente bien en un automóvil que nunca se siente durante horas a la luz del sol al horno con las ventanas hacia arriba.También imprimí bloques de sujeción de tornillo de banco de ajuste perfecto para que las perillas se pudieran sostener fácilmente para taladrar los orificios de montaje. Las perillas se rociaron con imprimación de construcción alta, se lijaron lisas y se pintaron.El tiempo de respuesta en el trabajo fue de aproximadamente 3 días en total, desde la medición inicial de los originales que se desmoronan y distorsionan, pasando por el diseño en 3D y la impresión de las perillas, soportes y bloques de sujeción, hasta el llenado, curado y post curado de resina.La impresión 3D y el acabado de un ejemplo de cada perilla, luego la fabricación de moldes de silicona seguidos de la fundición en serie de las perillas, habrían llevado mucho más tiempo para el trabajo único.Estoy trabajando en otras perillas ahora donde hay un buen original a la mano, por lo que se reproducirá haciendo un molde de silicona y haciendo fundiciones. He impreso bloques de sujeción en 3D para taladrar las perillas de fundición. Solo hacer el molde y obtener la primera colada para post curado ha llevado más tiempo. Con la fundición verificada, echaré el lote de perillas y luego postcurado todos juntos.
Bob – South Africa escribió el 4/10/2016 2: 59: 36 PM:
He impregnado (muy) con éxito una variedad de plásticos impresos en 3D utilizando una resina de alta resistencia y baja viscosidad (sobre la viscosidad del jarabe de maíz). Este es el material que generalmente se usa con bolsas de vacío y materiales compuestos. Por lo tanto: imprima la pieza con 95 o 100% de relleno y haga una limpieza superficial. En un frasco pequeño, cubra la pieza con resina líquida (es decir, la pieza entera está justo debajo de la superficie, muy importante). Utilice una cámara de vacío y tire del vacío durante 5 minutos, libere el vacío y la resina se introducirá en cualquier espacio interno restante (siempre hay espacios de aire internos, incluso con una impresión de llenado al 100%). Repetir 3 veces. Justo antes del punto de gel, retire la pieza, limpie a fondo el exceso de resina líquida de la superficie (¡importante!), dejar curar (utilizo una cama de impresión de 65ºC sobre una hoja de papel de aluminio durante 3 horas). Las piezas de ABS son buenas para accesorios hidráulicos de 20 bar (creación de prototipos de ingeniería), sin fugas. Aumento de fuerza de aproximadamente un 30%. Enorme aumento de la rigidez. Efecto de pretensado de la pieza (la resina se contrae un 3%). La parte de plástico ahora también se lijará muy bien y tendrá una resistencia ligeramente mejorada al calor.
Michele B. escribió el 3/5/2016 10:09:56 AM:
Hola,estudios recientes han demostrado que la capa de 300 micras es mejor que la capa de 100 micras, en términos de resistencia mecánica.
Mark escribió el 14/10/2014 10:49:40 AM:
El mejor consejo que tengo es que si usa abdominales, frote la parte con tejido empapado en mezcla de ABS/acetona que se coloca en la cama…. Esto une las capas & rellenos. He impreso partes de la carrocería de mi coche &, les he hecho esto, lijado y ajustado (rejillas de ventilación, etc.). Llevo años conduciendo con ellos.
Rix escribió el 10/10/2014 3: 33: 12 PM:
Muy buenos puntos.Puedo confirmar muchos de estos, ya que aprendimos de la experiencia al imprimir muchos engranajes para una pequeña máquina industrial.Una cosa que puedo añadir: ayuda al imprimir en abs a usar acetona para fusionar mejor las capas. Lo frotaría con la mano o usaría un baño de vapor, pero pierdes detalles o demasiado y tu parte se derrite.
Brian escribió el 10/10/2014 1: 24: 45 PM:
Bonito artículo,creo que deberías poner imágenes después de su encabezado la próxima vez, lo que hizo un poco confuso lo que mostraban las imágenes.